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更快的內存控制器

我們知道AMD在K8上的成功，很大程度上是大膽的采用了集成內存控制器的做法，不過在Barcelona中它的性能又有了加強。

在Intel Xeon服務器的FB-DIMM內存架構中，可以同時執行讀和寫命令到AMB，而在標準的DDR2內存中，你只能同時進行一個操作，而且讀和寫的切換會有非常大的損失。如果是一連串的隨機混合執行的話，將會帶來非常嚴重的資源浪費，而如果是先全部讀然后再轉換到寫的話，就可以避免性能的損失。K8內存控制器就采用讀取優先于寫的策略來提高運行效率，但是Barcelona則更加智能化。

但是讀取的數據會被先存放在buffer中，而不采用先直接執行寫，但當它的容量達到了極限就會溢出，為了避免這種情況，在此之前才對讀寫之間進行切換，同時可以帶來帶寬和延遲方面效率的提高。

K8核心配備的是128-bits寬度的單內存控制器，但是在Barcelona中，AMD把它分割成兩個64-bit，每個控制器可以獨立的進行操作，因此它可以帶來效率上的不小提升，尤其是在四核執行的環境下，每個核心可以獨立占有內存訪問資源。

Barcelonas中集成的北橋部分（注意不是主板北橋）也被設計成更高的帶寬，更深的buffers將允許更高的帶寬利用率，同時北橋自身已經可以使用未來的內存技術，比如DDR3。

新的預取器

預取在很多領域的更多部件中都被廣泛采用，當NVIDIA發布nForce2的時候，它就強調了智能預取的能力，來充分利用好128-bit內存總線的性能，而更近的Intel的Core 2處理器中被重點強調的每核心三預取器（prefetchers）可以明顯減少內存的延遲。

而K8核心每個核心擁有兩個預取器，一個是指令，另一個是數據，Barcelona核心仍然保留同樣的數目，但是對他們進行了加強，最大的改變是數據預取器，現在可以把數據傳到L1數據Cache中，而不是K8核心的L2 Cache。AMD認識到K8預取器的先進性，所以他們只做了上面的處理，同時AMD也提升了L1指令緩存的靈活性，來配合這兩個高效請求的工作。

綜合來看，似乎Intel的prefetchers在規格方面更有優勢，Core 2處理器的每個核心帶有兩個數據和一個指令prefetchers，加上額外的兩個L2 cache prefetchers，可以說是更為可觀，但是不一樣的設計，最終的性能勝負還不得而知。

Barcelona核心內部擁有自己的數據和指令prefetchers，但是最主要的改進是DRAM prefetcher（內存prefetcher），它位于內存控制器里面，在此前AMD從來沒有使用過這樣的邏輯設計，這個新的DRAM prefetcher掌管了所有的內存請求和動作，由于DRAM prefetcher要協調四個核心，它就掌控了整個芯片的性能的發揮，同時它不占用L2、L3 caches，它擁有自己獨立的buffer來解決數據溢出問題，這個buffer擁有20 - 30個cache線路，其實這個buffer已經在前面提到過。

限于AMD的產能，AMD不可能和Intel那樣有實力通過采用更多的晶體管的策略進行競爭，K8通過內存控制器來實現了這個弱勢的超越，所以現在 Athlon 64 X2處理器每個核心只有512KB L2 cache，只相當于Intel 2002引進Northwood時的規格。

現在Intel的Core 2已經提到了4MB L2 cache，而目前AMD最快的CPU也只能達到一半的水平，這個限制同樣在Barcelona上進一步體現，每個核心只會有512KB L2 cache，總計2MB，而現在Intel的四核Kentsfield總共擁有8MB L2 cache，到今年年底，Intel的Penryn預計將會達到12MB L2 cache。

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為了在性能和容量上進行平衡，AMD在設計了128KB L1 Cache和512KB L2 Cache后，多線程軟件對多核心的要求也需要更高速的緩存來保持更好的性能。

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AMD并不想通過采用更大容量L2 cache的做法，取而代之的是追加一個第三級的Cache，而且這個Cache將被四核心所共享，在容量上也達到了2MB L3 cache。

關于緩存的工作原理大家應該比較了解：當L1 cache已經滿了之后，數據將被轉到速度稍低的L2 cache，同樣新的L3 cache類似，當L2 cache已經滿了以后，數據將會傳到L3 cache。不過控制它操作的算法則是針對四個核心，它在資源調度上有做協調，當CPU需要獲取一些代碼，一個備份將會在L3 cache中存儲下來，因為這個數據可能被四個核心所共享，純粹的數據加載則通過單獨的核心。當數據在此之前已經被共享了，cache控制器會查看歷史信息，同時保存這個備份，否則則被丟棄。

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L1 and L2 cache的Associativity則沒有被改變，它們還是2-way和16-way，而新的L3 cache則是32-way set associative，通常在CPU-Z里面可以看到這些信息。

AMD虛擬技術加強

同時在虛擬技術方面，Barcelona也有了相應的改進，擁有了更快的虛擬地址轉換，在擁有多個客戶OS的虛擬軟件堆棧中，有一個內存地址轉換必須處理，客戶OS向系統管理程序的地址轉換，因為每個客戶OS擁有獨立的內存管理，據AMD聲稱，目前這個轉換是通過軟件來實現的，并且是基于一個叫 shadow paging的技術，而Barcelona提供的是硬件加速轉換，AMD把它稱為Nested Paging。

根據推算大約系統管理程序所消耗的75%的時間是用于shadow paging，轉換的地址是在Barcelonas TLBs中被緩存的，而且AMD指出Nested Paging并不需要太復雜的設定，這對于軟件開發商來說就變得非常簡單。

功耗管理

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在功耗方面的設計，可以說非常值得關注，目前的Intel四核的功耗非常高，而Barcelona的四個核心工作電壓都一樣，同時內部的北橋單元則使用獨立的電壓計劃，可以根據另外一個工作情況在0.8V到1.4V之間改變，它們的電壓可以獨立管理，這將提高功耗效率。

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獨立的核心雖然共享同樣的電壓，但是每個核心都擁有自己的PLL電路，所以它們可以根據負載情況，運行在不同的頻率下。

Barcelona每個核心支持五個獨立的p-states（頻率等級）轉換，改變只是在頻率上，p-states完全是硬件控制的，所以我們不需要驅動就可以開啟這個功耗管理特性，同時AMD也增加了clock gating（時鐘頻率比）的數量，同時65nm工藝允許AMD的首款四核的功耗表現就可以和目前的Opteron相當，表現非常的出色！

當Intel發布它的首款Core 2處理器的時候，它的性能提升是大家有目共睹的，它的成功很大程度上是因為架構方面的改進，所有的Conroe, Merom和Woodcrest全面超過了基于NetBurst架構的Pentium 4。AMD在2003年引進的K8已經確實有些老了，Intel憑借著Pentium M架構實現了Athlon 64的反超，現在就看Barcelona的了。

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AMD Opteron處理器藍圖

對大家來說最關心的還是具體發布產品的時間了。第一款新架構產品首先將在下一代Opteron中出現，預計將會在年中問世，首度發布的產品工作頻率將在 2.1GHz到2.3GHz之間，同時到年底將會有更高頻率的產品。在桌面平臺，AMD的Agena將會基于同樣的架構，量產的時候頻率會在2.7 - 2.9GHz之間，Kuma則是雙核的版本，同時頻率將會在2.0 - 2.9GHz之間。

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